NASA阿特米斯三號:人類首次前往月球南極的任務
人類總是被吸引去探索、發現,並儘可能多地了解我們周圍的世界和世界。這並不總是容易的,但這是我們的天性。為了全人類的利益,美國宇航局及其合作夥伴將通過Artemis使第一位女性和第一位有色人種登上月球表面。
在兩次Artemis測試任務之後,目前計劃於2025年進行的Artemis III將標誌著50多年來人類首次返回月球表面。美國宇航局將創造歷史,把第一批人類送到月球南極附近的區域進行探索。
在路上
美國宇航局的獵戶座航天器將成為乘員往返地球和進出月球軌道的交通工具。獵戶座是目前唯一能夠以月球再入速度使乘員返回地球的航天器。在成功的阿特米斯一號任務中,獵戶座的獨特設計的隔熱罩最近在這些極端的再入條件下進行了測試。四名宇航員將從佛羅里達州肯尼迪航天中心的39B發射台出發,乘坐太空發射系統(SLS),這也是唯一足以在一次發射中把獵戶座、其乘員和他們的補給送到月球的火箭。乘員組將從歷史上最多樣化的宇航員隊伍中選出,每個人都配備了獨特的技能並接受了嚴格的訓練。
首先,機組人員將飛船發射到地球軌道,在那裡他們將對獵戶座進行系統檢查和太陽能板調整。然後,來自SLS的臨時低溫推進階段的強大推動力將幫助獵戶座執行平流層噴射機動,確定其前往月球的路線。
在幾天的時間裡,乘員組將向月球行進,並進行修正引擎燃燒以攔截月球的引力場。在合適的時間和地點,獵戶座將進行一系列的兩次引擎燃燒,將航天器置於月球近直角光環軌道(NRHO)。從數百個潛在的軌道中,NASA選擇了NRHO來實現阿特米斯的長期目標。NRHO將提供與地球近乎恆定的通信能力,並可進入月球各地的站點。由於它在地球和月球之間的引力平衡,這個軌道將最大限度地提高燃料效率。在未來的任務中,NASA及其合作夥伴將在NRHO中組裝Gateway月球空間站,作為Artemis任務的樞紐。
美國宇航局已選擇SpaceX提供人類登陸系統,該系統將把阿特米斯三號宇航員從月球軌道上的獵戶座運送到月球表面,然後再返回。SpaceX公司計劃使用獨特的操作概念來提高其登陸器的整體效率。經過一系列的測試,SpaceX將至少進行一次無人駕駛的演示任務,將星際飛船(Starship)降落在月球表面。當滿足了NASA的所有要求和乘員安全的高標準時,它將為第一次Artemis任務做好準備。
在船員發射之前,SpaceX將向地球軌道發射一個儲存庫。一系列可重複使用的燃料運載飛船將把推進劑運到儲存庫,為人類著陸系統提供燃料。然後,無人駕駛的”星際飛船”載人著陸系統將發射到地球軌道,並與儲存庫會合,以填充其油箱,然後執行發動機點火,並在大約六天的時間內前往NRHO,在那裡等待阿蒂米斯III號機組人員。
當兩個航天器都到達NRHO時,獵戶座將與星際飛船人類登陸系統對接,為21世紀的首次月面探險做準備。一旦乘員和他們的物資準備就緒,兩名宇航員將登上星際飛船,兩名將留在獵戶座上。獵戶座將解鎖並離開星際飛船,在NRHO中停留大約一個繞月軌道,持續約6.5天。這將與地面考察的時間相匹配,因此當獵戶座完成其軌道時,兩名地面人員將及時完成他們在地面上的工作,並發射回來與航天器會面。
美國宇航局已經把目光投向了人類月球探索的阿特米斯時代的南極周圍的地點。極端的、對比強烈的條件使它成為地球人登陸、生活和工作的一個具有挑戰性的地點,但該地區的獨特特徵為前所未有的深空科學發現帶來了希望。利用包括自主系統在內的先進技術,”Starship”內部的工作人員將在半徑100米範圍內精心挑選的地點降落。
在月球上
著陸後,地面工作人員的第一項任務將是確保所有的系統都為他們在月球表面的停留做好準備。然後他們將休息、進食,並為考察的第一個整天充電。
在月球上的時間裡,宇航員將在星際飛船內進行科學工作,並進行一系列的月球行走,離開星際飛船去探索月球表面。宇航員們將穿上先進的宇航服,通過氣閘離開,並乘坐星際飛船下墜。美國宇航局已選擇Axiom Space公司提供Artemis III表面防護服和太空行走系統。這些太空服將為宇航員提供更大的活動範圍和靈活性,以探索比以往月球任務更多的景觀。
在月球行走過程中,宇航員將拍照和錄像,調查地質情況,取回樣品,並收集其他數據,以實現特定的科學目標。從月球南極地區看到的景色將與阿波羅任務中在月球赤道地區拍攝的照片(如上圖)有很大不同。太陽將在地平線上方盤旋,在地形上投下長長的黑影,乘員們將使用頭燈和導航工具來探索這些地形。阿特彌斯III號宇航員收集的信息和材料將增加我們對神秘的南極地區、月球和我們太陽系的了解。
地面上的任務控制小組將與航天員保持聯繫,因為他們會轉述他們所看到的、聽到的和感覺到的東西。通過任務覆蓋面和利用先進的通信技術向地面發送高質量的圖像和視頻的能力,他們將與世界分享獨特的人類新體驗。
在阿特米斯一號任務的第25個飛行日,獵戶座從安裝在其一個太陽能電池板上的相機中拍攝了這張地球照片。資料來源:美國國家航空航天局
在回家的路上
當他們的表面考察完成後,兩名宇航員將從月球表面升空,乘坐星際飛船返回NRHO,與他們在獵戶座的成員團聚。對接後,乘員們將在軌道上度過長達5天的時間,在飛行器之間轉移樣品並為返回地球做準備。
當他們到達NRHO的最佳出發點時,所有四名宇航員都回到獵戶座,他們將解除對接並點燃獵戶座的引擎,將航天器拋過月球,並允許它向地球滑行。在重返地球大氣層期間,機組人員將以每小時24855英里(約40000公里)的速度飛行。在11個降落傘的幫助下,航天器將降落在太平洋上,在美國海岸警衛隊和美國海軍的支持下,航天器和機組人員將被收回。
阿特米斯III號將是迄今為止深空探索歷史上最複雜的工程和人類智慧的事業之一。宇航員的觀察、採樣和收集的數據將擴大我們對太陽系和母星的了解,同時激勵下一代。
這次任務將開創一個人類持續進入月球的未來,人類行星探索任務觸手可及。每一次阿特米斯任務都將增加我們的知識,完善我們的操作,並證明我們的技術,因為我們正在為首次人類火星任務做準備。